Conversores digital para analógico
UMA Digital to Analog Converter (DAC)converte um sinal de entrada digital em um sinal de saída analógico. O sinal digital é representado por um código binário, que é uma combinação dos bits 0 e 1. Este capítulo trata dos Conversores Digital para Analógico em detalhes.
o block diagram do DAC é mostrado na figura a seguir -
Um conversor digital para analógico (DAC) consiste em várias entradas binárias e uma única saída. Em geral, onumber of binary inputs de um DAC será uma potência de dois.
Tipos de DACs
tem two types de DACs
- Resistor Ponderado DAC
- R-2R Ladder DAC
Esta seção discute sobre esses dois tipos de DACs em detalhes -
Resistor Ponderado DAC
Um resistor ponderado DAC produz uma saída analógica, que é quase igual à entrada digital (binária) usando binary weighted resistorsno circuito somador inversor. Resumindo, um resistor ponderado binário DAC é chamado de resistor ponderado DAC.
o circuit diagram de um resistor de peso binário de 3 bits DAC é mostrado na figura a seguir -
Lembre-se de que os bits de um número binário podem ter apenas um dos dois valores. ou seja, 0 ou 1. Deixe o3-bit binary inputé $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Aqui, os bits $ b_ {2} $ e $ b_ {0} $ denotam oMost Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) respectivamente.
o digital switchesmostrado na figura acima será conectado ao terra, quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '0'. Da mesma forma, as chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas à tensão de referência negativa, $ -V_ {R} $ quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '1'.
No circuito acima, o terminal de entrada não inversor de um amplificador operacional é conectado ao aterramento. Isso significa que zero volts é aplicado ao terminal de entrada não inversor do amplificador operacional.
De acordo com virtual short concept, a tensão no terminal de entrada inversor do opamp é a mesma que a tensão presente em seu terminal de entrada não inversor. Portanto, a tensão no nó do terminal de entrada inversora será zero volts.
o nodal equation no nó do terminal de entrada inversora está:
$$ \ frac {0 + V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {1}} {2 ^ {1} R} + \ frac {0 + V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} + \ frac {0-V_ {0}} {R_ {f}} = 0 $$
$$ => \ frac {V_ {0}} {R_ {f}} = \ frac {V_ {R} b_ {2}} {2 ^ {0} R} + \ frac {V_ {R} b_ {1 }} {2 ^ {1} R} + \ frac {V_ {R} b_ {0}} {2 ^ {2} R} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {R} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1 }} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
Substituindo, $ R = 2R_ {f} $ na equação acima.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R} R_ {f}} {2R_ {f}} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac { b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {2}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {1}} {2 ^ {1}} + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {2}} \ right \} $$
A equação acima representa o output voltage equationde um resistor de peso binário de 3 bits DAC. Como o número de bits é três na entrada binária (digital), obteremos sete valores possíveis de tensão de saída, variando a entrada binária de 000 a 111 para uma tensão de referência fixa, $ V_ {R} $.
Podemos escrever o generalized output voltage equation de um resistor de peso binário N-bit DAC como mostrado abaixo com base na equação de tensão de saída de um resistor de peso binário de 3 bits DAC.
$$ => V_ {0} = \ frac {V_ {R}} {2} \ left \ {\ frac {b_ {N-1}} {2 ^ {0}} + \ frac {b_ {N-2 }} {2 ^ {1}} + .... + \ frac {b_ {0}} {2 ^ {N-1}} \ right \} $$
o disadvantages de um resistor binário ponderado DAC são os seguintes -
A diferença entre os valores de resistência correspondentes a LSB e MSB aumentará conforme o número de bits presentes na entrada digital aumenta.
É difícil projetar resistores mais precisos conforme aumenta o número de bits presentes na entrada digital.
R-2R Ladder DAC
O R-2R Ladder DAC supera as desvantagens de um resistor binário ponderado DAC. Como o nome sugere, R-2R Ladder DAC produz uma saída analógica, que é quase igual à entrada digital (binária) usando umR-2R ladder network no circuito somador inversor.
ocircuit diagramde um R-2R Ladder DAC de 3 bits é mostrado na figura a seguir -
Lembre-se de que os bits de um número binário podem ter apenas um dos dois valores. ou seja, 0 ou 1. Deixe o3-bit binary inputé $ b_ {2} b_ {1} b_ {0} $. Aqui, os bits $ b_ {2} $ e $ b_ {0} $ denotam o bit mais significativo (MSB) e o bit menos significativo (LSB), respectivamente.
As chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas ao terra, quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '0'. Da mesma forma, as chaves digitais mostradas na figura acima serão conectadas à tensão de referência negativa, $ -V_ {R} $ quando os bits de entrada correspondentes forem iguais a '1'.
É difícil obter a equação da tensão de saída generalizada de um R-2R Ladder DAC. Porém, podemos encontrar facilmente os valores de tensão de saída analógica do R-2R Ladder DAC para combinações de entrada binárias individuais.
o advantages de um R-2R Ladder DAC são os seguintes -
R-2R Ladder DAC contém apenas dois valores de resistor: R e 2R. Portanto, é fácil selecionar e projetar resistores mais precisos.
Se houver mais bits na entrada digital, devemos incluir o número necessário de seções R-2R adicionalmente.
Devido às vantagens acima, o R-2R Ladder DAC é preferível ao resistor binário ponderado DAC.